In uns allen sind Billionen von winzigen molekularen nanomaschinen, die eine Reihe von Aufgaben notwendig, um uns am Leben zu halten.
In einer bahnbrechenden Studie, die ein team unter der Leitung von SFU Physik-professor David Sivak zeigte zum ersten mal eine Strategie für die Manipulation dieser Maschinen, um die Effizienz zu maximieren und Energie zu sparen. Der Durchbruch könnte Auswirkungen auf eine Reihe von Bereichen, einschließlich der Schaffung von mehr leistungsfähige computer-chips und Solarzellen für die Energieerzeugung.
Nanomaschinen sind klein, wirklich klein-ein paar Milliardstel von einem meter Breite, in der Tat. Sie sind auch schnell und in der Lage sein, komplizierte Aufgaben: alles von bewegten Materialien, um eine Zelle, Aufbau und für den Abbau von Molekülen, die Verarbeitung und Ausdruck der genetischen information.
Die Maschinen können diese Aufgaben ausführen und verbrauchen erstaunlich wenig Energie, so eine Theorie, die vorhersagt, energetische Effizienz hilft uns zu verstehen, wie diese mikroskopischen Maschinen funktionieren und was geht schief, wenn Sie brechen, Sivak sagt.
Im Labor, Sivak experimentelle Mitarbeitern manipuliert einer DNA Haarnadel, deren Faltung und Entfaltung ahmt die mechanische Bewegung von mehr komplizierte „molekulare Maschinen“. Wie vorhergesagt, die von Sivak Theorie, fanden Sie, dass die maximale Effizienz und minimaler Energie-Verlust erfolgt, wenn Sie zog rasch auf der Haarnadel, wenn es wurde gefaltet, aber langsam, wenn es am Rande der Entfaltung.
Steven Groß, ein SFU-Physik-Doktorand und co-erste Autor auf dem Papier, erklärt, dass die DNA-Haarnadeln (und nanomaschinen) sind so winzig und die Diskette, die Sie ständig drängten sich durch heftige Zusammenstöße mit den umgebenden Molekülen.
„Lassen Sie das Gedränge entfalten die Haarnadel für Sie ist eine Energie-und Zeitersparnis“, Großes sagt.
Sivak denkt der nächste Schritt ist die Umsetzung der Theorie zu lernen, wie zu fahren, einer molekularen Maschine, die durch seine betriebliche Zyklus, während die Verringerung der Energie benötigt, das zu tun.
Also, was ist der Vorteil von machen nanomaschinen effizienter? Sivak, sagt, dass potenzielle Anwendungen könnten game-changing in einer Vielzahl von Bereichen.
„Nutzt könnte gehören die Gestaltung effizienter computer-chips und computer-Speicher (Verringerung der Leistungsaufnahme und die Wärme, die Sie emittieren), was zu besseren erneuerbare Energie-Materialien für Verfahren wie die künstliche Photosynthese (erhöht die Energie geerntet, die von der Sonne) und die Verbesserung der Autonomie von biomolekularen Maschinen für biotech-Anwendungen wie drug-delivery.“